工业机器人最常见的是6轴的工业机械臂,它可以根据当前环境状态做出快速的响应并进行相应处理。控制器作为工业机器人的“大脑”,直接决定了机器人控制的效率和精度,控制总线作为工业机器人的“神经”,牵引机器人各个关节的运动,使机器人协调、有序地运动。作为网络化的运动控制系统,传统的用于工业机器人的控制总线存在传输速率低、不易维护、成本高等问题。针对传统控制总线的缺点,本文设计了一种基于实时以太网的控制总线。作为一种专用于工业机器人控制的小规模控制总线,其优点如下:实时以太网通信速率快,达到100Mbps,可以满足实时性要求;设计灵活,可以根据控制要求增加从站的数量,最多增加到32个从站;通过网线来进行数据的传输,易于维护。本文主要的工作内容有如下几个方面:首先为了满足工业机器人控制需求,解决传统控制总线的不足,本文设计出经过改造的实时以太网通信协议。第一,为了提高实时性,所有主从站采用环型的拓扑结构和采用“集总帧”形式的以太网传输帧,提高数据传输效率;第二,定义实时以太网通讯过程中的各个状态及其状态转换;第三,为了减小从站时钟误差,研究了同步时钟协议用来减小时钟同步误差对系统的影响。其次对于上述改造的实时以太网,数据链路层需要专用硬件通道。于是采用FPGA设计出专用于MAC层通讯的IP核。规范MAC层IP核的特性与采用的接口;并且采用“自顶向下”的设计方法,将整个内部设计划分为:数据发送模块、接收模块、收发管理模块、内存管理模块、时序管理模块、MII模块和总线模块。通过对相应的模块进行时序仿真,仿真结果表明模块可以实现相应的收发功能,以及对PHY芯片的管理功能。最后是基于FPGA MAC核开展控制器的设计。先对主站从站进行不同的硬件选型,编写主从站CPU的控制程序,再通过实验验证方案的可行性。结果表明,控制系统的通信周期为0.5ms,从站的转发的时间很短,满足工业机器人控制高实时性的要求,并且各个从站具有极小的时钟误差,能够使工业机器人各个关节轴几乎在同一时间运动。